1、 路基路面工程课程设计计算书指导老师： 专业年级： 班级，学号： 学生姓名： 完成时间：2010 年 6 月 24 日 路面结构设计的计算基本资料：某地区规划修建一条四车道的一级公路，沿线筑路材料的情况：石料：本地区山丘均产花岗岩、流纹岩和凝灰熔岩；储量丰富，岩体完整。石料强度高。砂：海岛沿岸多处沙滩可供取砂，运输较方便。土料：沿线丘岗均有砖红色亚粘土和黄褐色砂砾质粘土可供路基用土。此公路的设计年限为 20 年，拟采用沥青路面结构进行设计。一、轴载分析。1、设计年限内交通量的平均增长率： 1234由主要预测年交通量表可算得：2000 年到 2005 年的年增长率： ，可算得：516()8918
2、.3%2005 年到 2010 年的年增长率： ，可算得：28936042752010 年到 2015 年的年增长率： ，可算得：504()736.2015 年到 2020 年的年增长率： ，可算得：7149故 12348.%.6.9.%.842、设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算。路面设计采用双轮组单轴载 100KN 为标准轴载，以 BZZ100 表示。1） 当以设计弯沉值为设计指标时，换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N 的公式为： 4.3512N=()kiiPCn预测交通组成表车型 前轴重（KN）前轴重（KN）后轴数 后轴轮组数 后轴距（m）交通量（辆/日）跃进 NJ130解放 C
3、A10B黄河 JN15016.2019.4049.0038.3060.85101.60111双轮组双轮组双轮组702962661对于跃进 NJ130：前轴： =16.20KN25KN，省略不算iP后轴： =1, =1, =38.30KN，P=100KN, =7021C2i in次/d4.354.3580()172()1.8iNn对于解放 CA10B：前轴： =19.40KN25KN,省略不算。iP后轴： =1, =1, =60.85KN，P=100KN, =9621C2iPin次/d4.354.35608()192()1.iNn对于黄河 JN150:前轴： =1, =6.4, =49.00KN
4、，P=100KN, =66112i in次/d4.35 4.3590()16.()1.iPCn后轴： =1, =1, =101.60KN，P=100KN, =66112i i次/d4.354.356()()708.1iNP最终可汇成下表：轴载换算结果表（弯沉）设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：设计年限为 t=20 年，=7.8%，双向四车道，故车道系数 选为 0.4。故 次201(1)365(.78)136509.46510teNN2） 当进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N 的公式为： 812()kiiCn同理，计算结果可如下表所示：车型 （
5、KN）i 1C2(次 /日)in4.3512()iPCn前轴 16.20 1 6.4 702 0跃进 NJ130后轴 38.30 1 1 702 10.8前轴 19.40 1 6.4 962 0解放 CA10B后轴 60.85 1 1 962 110.8前轴 49.00 1 6.4 661 190.0黄河 JN150后轴 101.60 1 1 661 708.3合计 4.3512()kiiPNCn 1019.9轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：次201(1)365(.78)136578.045286teNN二、拟定路面结构组合方案及厚度。组合
6、方案，拟定了两种，其简图如下所示：方案一： 方案二：三、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。车型 （KN）iP1C2(次/ 日)in812()iPCn前轴 16.20 1 1.85 702 0跃进 NJ130后轴 38.30 1 1 702 0前轴 19.40 1 1.85 962 0解放 CA10B 后轴 60.85 1 1 962 18.1前轴 49.00 1 1.85 661 0黄河 JN150后轴 101.60 1 1 661 750.5合计 812()kiiPCn 768.6细粒式沥青混凝土 h =4cm1中粒式沥青混凝土 h =5cm2粗粒式沥青混凝土 h =6cm
7、3水泥稳定碎石 h =20cm4石灰土 h =?5级配碎、砾石 h =12cm6土基细粒式沥青混凝土 h =4cm1中粒式沥青混凝土 h =6cm2粗粒式沥青混凝土 h =8cm3水泥稳定碎石 h =？4二灰土 h =16cm5填隙碎石 h =10cm6土基1） 确定各层材料的抗压模量与劈裂强度。查表可得下列设计参数，汇表如下：抗压回弹模量（ ）MPa材料名称20 1515劈裂强度（）Pa细粒式沥青混凝土 1400 2000 1.4中粒式沥青混凝土 1200 1400 1.0粗粒式沥青混凝土 1000 1200 0.8水泥稳定碎石 1500 0.5石灰土 550 0.225二灰土 750 0.
8、25级配碎、砾石 225 填隙碎石 250 2） 确定土基的回弹模量。该路段处于 区，为黏质土，且稠度为 1.00 。查公路沥青路面设计规范可得7IV土基回弹模量为 34.5 MPa四、设计指标的确定。对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。1、设计弯沉值的计算: 0.2L6decsbNA该公路为一级公路，故公路等级系数 =1.0，且是沥青混凝土面层，故面层类型系数c=1.0。sA方案一：半刚性基层上设置 40mm+50mm+60mm=150mm160mml 沥青混合料结构层，=1.0。b故 mm0.2 0.2L6651.1025.9decsbNA 方案二：半
9、刚性基层上设置 40mm+60mm+80mm=180mm,介于 160mm 和 260mm 之间的沥青混合料结构层，故由线性内插可求得 =1.12。bA故 0.2 0.26651.129.0decsb m 2、各层材料的容许层底拉应力的计算。容许拉应力 spRK细粒式沥青混凝土：0.2 0.2.9.915846.81aescANK1.468spRMPa中粒式沥青混凝土：0.2 0.2.9.915846.81aescA1.3768spRKa粗粒式沥青混凝土：0.2 0.2.9.915846.951aescN.75spRMPa水泥稳定碎石：0.10.135.32846.9escKA.9spRa石灰
10、土：0.10.145.452862.4escN95spRKMPa二灰土：0.10.145.452862.4escKAspRa计算结果列于下表：各层材料的容许拉应力材料名称 （ ）spMPaK （ ）RMPa细粒式沥青混凝土 1.4 2.68 0.5224中粒式沥青混凝土 1.0 2.68 0.3731粗粒式沥青混凝土 0.8 2.95 0.2712水泥稳定碎石 0.5 1.91 0.2618石灰土 0.225 2.46 0.0915二灰土 0.25 2.46 0.1016五、确定设计层的厚度。1、方案一计算:(采用三层体系为计算体系)1）令实际弯沉 ，则弯沉综合修正系数sdl0.38.6.0.
11、3.6()(25.91451.3)27sEFp弹性三层体系的实际弯沉 1sllFE故理论弯沉系数 125.940.68207.52slp2）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示：则中层厚度的换算公式为： 635642.42.42.2.42.23.42.42.42.45510010(87)kkEEHhhhhhcm3） 1.380.6023.5.3E查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得 =1.441KE h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h1E H2E 0，查诺谟图可得 =5.8210.94E由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得： 1
12、2lK故 21.680.554lK再查诺谟图可得 .H故 4.806cm故 =51.1 由此可解得：537h518hcm2、方案二计算：(采用三层体系为计算体系 )1）令实际弯沉 ，则弯沉综合修正系数sdl0.38.6.0.3.6()(29.1451.3)7sEFp弹性三层体系的实际弯沉 12sllFE故理论弯沉系数 19.045.042076.slp2）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示：E h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h1E H2E 0则中层厚度的换算公式为： 635642.42.42.2.42.23.42.42.42.410507
13、08161()kkEEHhhhhhcm3） 140.38.650234.50.3E查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得 =1.441K，查诺谟图可得 =5.821.940E由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得： 12lK故 2156084lK再查诺谟图可得 .3H故 4.3065cm故 由此可解得：418.8h413hcm六、层底弯拉应力验算。公路为一级公路，故对沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层都应进行拉应力的验算。1、方案一的层底拉应力的验算。 （采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1） 验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体
14、系，如下图所示：3 31213334020566.kkEEhhhcm0.94560.90.90.94440.90.90.91252817kkEHhhcm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得， 12pm16.2.50h241350.E02430.E查诺谟图可得： ， 1.9m.又因为 查诺谟图可得：7260.5H20.78m故沥青混凝土面层底面的最大拉应力容许拉应力12.31.9780.4p MPa.21MPaE h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h3E H4E 02）验算半刚性基层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图
15、所示：4 312414444020150563.kkEEhhhcm6560.90.90.95 50.90.921824kkEEHhhcm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得， 12pm31065h52140.4E0240.6E查诺谟图可得： ， 1.3m.又因为 查诺谟图可得：20.65H 20.93m故半刚性基层底面的最大拉应力容许拉应力12.741.390.185p MPa.2618MPa3）验算底基层底面的弯拉应力。E h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h4E H5E 0将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：5 35124
16、1555554020106872.9kkEEEhhhhcm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得， 12pm72.96.8105h621520.4E026340.E查诺谟图可得： ， 1.8m.8又因为 查诺谟图可得：62.105hH21.8m故半刚性基层底面的最大拉应力容许拉应力12.78072p MPa0.95MPa2 方案二的层底拉应力的验算。 （采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1) 验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h5E h6E 03
17、 31213334020689.kkEEhhhcm6 5640. 0.90.90.94 440.90.90.915723128kkEEHhhcm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得， 12pm19.3.8065h241350.E0240.E查诺谟图可得： ， 1.27m.又因为 查诺谟图可得：80.65H21.0m故沥青混凝土面层底面的最大拉应力容许拉应力12.71.20.978p MPa.271MPa2）验算半刚性基层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h3E H4E 0
18、4 31241444402015068528.kkEEhhhcm6560.90.90.95 50.90.9721kkEEHhhcm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得， 12pm2871065h521470.51E02340.E查诺谟图可得： ， 1.m.3又因为 查诺谟图可得：980.65H21.8m故半刚性基层底面的最大拉应力容许拉应力12.731.0.45p MPa0.2618MPa3）验算底基层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h4E H5E 05 3512415
19、5555402010768677.kkEEEhhhhcm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得， 12pm56.7.310h621520.37E02640.5E查诺谟图可得： ， 1.9m.又因为 查诺谟图可得：6.0.hH21.7m故半刚性基层底面的最大拉应力容许拉应力12.71.970.893pmMPa0.16MPa综上所算得的结果，汇制成下表：方案类型 底面最大拉应力 容许拉应力E h11E h22E h33E h44E h55E h66E 0E h5E h66E 0沥青混凝土面层 0.0774 0.2712半刚性基层 0.1185 0.2618方案一底基层 0.0727 0.0915沥青混凝土面层 0.0978 0.2712半刚性基层 0.1450 0.2618方案二底基层 0.0893 0.1016由表可知，方案一和方案二都满足层底弯拉应力的要求。综上可得：路面结构设计的方案一和方案二均可行。
